一种具有光催化自清洁性能的涤纶织物及其制备方法与流程

1.本发明涉及光催化材料及其制备技术领域，尤其涉及一种具有光催化自清洁性能的涤纶织物及其制备方法。


背景技术：

2.tio2作为一种光敏半导体，以其高稳定性、无毒性的优良特点在太阳能转化和降解污染方面的应用已受到现代社会的广泛关注引起了人们的广泛关注。然而tio2(3.2ev)较宽的带隙意味着它只能在紫外光照射下被光活化，导致在阳光下可见光部分的采集效率较低。稀土离子(re离子)掺入二氧化钛晶格是调整二氧化钛光学带隙从而提高其捕光性能和电荷分离性能的有效途径。研究表明当用一定量的稀土氧化物如ce2o3、la2o3、eu2o3与tio2复合可以有效提高光催化活性。
3.目前制备出的光催化剂大多为粉体光催化剂，虽然具有很高的光催化性能，但难以从水溶液中分离和回收，这在一定程度上会造成资源浪费，因此，寻找一个能负载光催化剂的基体材料是非常重要的，纺织材料如尼龙、棉、涤纶等相较于玻璃、石英和不锈钢等刚性和易碎的基质，具有可观的柔韧性，可适用于各种形状和尺寸的光催化反应器。在众多纺织材料中，涤纶纤维因其低成本、灵活性、耐阻力等优势得到广泛应用。然而，涤纶纤维本身没有可以连接光催化剂的官能团，并且涤纶纤维具有高度结晶结构，晶格中排列有序的聚合物链过于密集，这使得光催化剂在涂覆时会出现结合不牢的情况。


技术实现要素：

4.本发明的目的是为了解决现有技术中存在的缺点，而提出的一种具有光催化自清洁性能的涤纶织物及其制备方法，通过该制备方法制得的涤纶织物，在紫外及可见光照射下表现出较强的分解有机污染物的特性，具有即时除污以及节约能源的特点。
5.为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：
6.一种具有光催化自清洁性能的涤纶织物的制备方法，具体包括如下步骤：
7.s01，量取钛酸四丁酯加入到无水乙醇中，超声至完全均匀分散，得到溶液a；
8.s02，量取蒸馏水、冰醋酸和无水乙醇，得到溶液b；
9.s03，称取y(no3)3·
6h2o，加入到溶液b中，超声至完全溶解得到溶液c；
10.s04，将s03中得到的溶液c逐滴滴加到s01中所得的溶液a中，搅拌至溶胶状态，并在室温下陈化一段时间，之后放入烘箱烘干，最后煅烧制得y2o3/tio2复合催化剂；
11.s05，将步骤s04所制得的y2o3/tio2复合催化剂分散在无水乙醇和水的混合溶液中，并加入3
‑
氨丙基三甲氧基硅烷，超声一段时间，之后将分散液离心，真空干燥得到胺基化y2o3/tio2复合催化剂；
12.s06，将涤纶织物浸渍于步骤s05制得的胺基化y2o3/tio2复合催化剂分散液中一段时间，最后在烘箱中烘干，制得具有自清洁性能涤纶织物。
13.优选地，所述步骤s01中，将10ml的钛酸四丁酯分散于20
‑
40ml的蒸无水乙醇中，超
声20
‑
30min。
14.优选地，所述步骤s02中，量取5
‑
10ml蒸馏水、15
‑
20ml冰醋酸和10
‑
20ml无水乙醇，得到溶液b。
15.优选地，所述步骤s03中，称取y(no3)3·
6h2o，加入到溶液b中，超声20
‑
30min至完全溶解得到溶液c。
16.优选地，所述步骤s04中，将步骤s03中得到的溶液c逐滴滴加到步骤s01中所得的溶液a中，搅拌3
‑
4h至溶胶状态，并在室温下陈化24h，之后放入60
‑
70℃烘箱烘干10
‑
12h，最后500℃煅烧2h制得y2o3/tio2复合催化剂。
17.优选地，所述步骤s05中，将步骤s04所制得的y2o3/tio2复合催化剂分散在95ml无水乙醇和5ml水的混合溶液中，并加入3
‑
氨丙基三甲氧基硅烷，超声20
‑
30min，之后将分散液离心10
‑
15min，70℃真空干燥得到胺基化复合催化剂，记作nh2‑
y2o3/tio2。
18.优选地，所述步骤s06中，将涤纶织物浸润于含有1mg/ml胺基化y2o3/tio2的分散液中30
‑
40min，最后在60
‑
70℃烘箱中烘干30
‑
40min，制得具有自清洁性能涤纶面料。
19.优选地，所述s01和s03中，钛酸四丁酯和y(no3)3·
6h2o的摩尔比为0.75％:1。
20.本发明还提供了一种上述制备方法得到的具有光催化自清洁性能的涤纶织物。
21.与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
22.本发明所制得的光催化自清洁涤纶织物，在紫外可见光波段催化活性明显提高，在紫外可见光照射下表现出较强的分解有机污染物的特性，且有利于循环利用，可以广泛应用在环保、服装、装饰、汽车、航空以及医疗等领域。
附图说明
23.图1为本发明中y2o3/tio2负载涤纶织物的扫描电子显微镜照片图；
24.图2为本发明中y2o3/tio2负载涤纶织物织物在可见光下对甲基橙的降解率变化图；
25.图3为本发明中y2o3/tio2负载涤纶织物对甲基橙吸光度的变化图；
26.图4为本发明中y2o3/tio2负载涤纶织物对不同污染物的降解图。
具体实施方式
27.下面结合附图将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，以使本领域的技术人员能够更好的理解本发明的优点和特征，从而对本发明的保护范围做出更为清楚的界定。本发明所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例，基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
28.本发明提供的一种具有光催化自清洁性能的涤纶织物，以y(no3)3·
6h2o和钛酸四丁酯为原料通过溶胶凝胶法制备出y2o3/tio2复合催化剂，然后通过3
‑
氨丙基三甲氧基硅烷将对催化剂进行胺基化处理，其中有机硅通过形成si
‑
o
‑
ti键对y2o3/tio2进行吸附和相互作用，由于引入胺基，硅烷化的y2o3/tio2通过断裂酯键和形成酰胺键与聚酯纤维表面共价结合，将y2o3/tio2接枝到涤纶表面，从而制备出具有高结合牢度的光催化涤纶织物。最后将涤纶织物经过烘箱烘干制得最终成品。
29.实施例1
30.一种具有光催化自清洁性能的涤纶织物的制备方法，具体包括如下步骤：
31.步骤1：将10ml钛酸四丁酯分散于30ml蒸无水乙醇中，超声30min。
32.步骤2：量取10ml蒸馏水、15ml冰醋酸和10ml无水乙醇，得到溶液b；
33.步骤3：称取0.0226g y(no3)3·
6h2o，加入到溶液b中，超声30min至完全溶解得到溶液c；
34.步骤4：将步骤3中得到的溶液c逐滴滴加到步骤1中所得的溶液a中，搅拌4h至溶胶状态，并在室温下陈化24h，之后放入60℃烘箱烘干12h，最后在500℃煅烧2h,自然冷却至室温，研磨30min，制得y2o3/tio2复合催化剂；
35.步骤5：取0.5g所得y2o3/tio2复合催化剂分散在95ml无水乙醇和5ml水的混合溶液中，并加入5ml 3
‑
氨丙基三甲氧基硅烷，超声30min，此时分散液ph值为5,之后将分散液离心15min，70℃真空干燥10h得到胺基化复合催化剂。
36.步骤6：将涤纶织物浸渍于含有1mg/ml氨基化y2o3/tio2的分散液中30min，最后在70℃烘箱中烘干30min，制得具有自清洁性能涤纶织物。
37.一种上述制备方法得到的具有光催化自清洁性能的涤纶织物，其制备的涤纶面料中y2o3与tio2的摩尔比为0.5％：1。样品在可见光下照60min，对甲基橙光催化降解效率达79.2％。
38.实施例2
39.一种具有光催化自清洁性能的涤纶织物的制备方法，具体包括如下步骤：
40.步骤1：将10ml钛酸四丁酯分散于30ml蒸无水乙醇中，超声30min；
41.步骤2：量取10ml蒸馏水、15ml冰醋酸和10ml无水乙醇，得到溶液b；
42.步骤3：称取0.0339g y(no3)3·
6h2o，加入到溶液b中，超声30min至完全溶解得到溶液c；
43.步骤4：将步骤3中得到的溶液c逐滴滴加到步骤一中所得的溶液a中，搅拌4h至溶胶状态，并在室温下陈化24h，之后放入60℃烘箱烘干12h，最后在500℃煅烧2h,自然冷却至室温，研磨30min，制得y2o3/tio2复合催化剂；
44.步骤5：取0.5g所得催化剂分散在95ml无水乙醇和5ml水的混合溶液中，并加入5ml 3
‑
氨丙基三甲氧基硅烷，超声30min，此时分散液ph值为5,之后将分散液离心15min，70℃真空干燥10h得到胺基化复合催化剂；
45.步骤6：将涤纶织物浸润于含有1mg/ml氨基化y2o3/tio2的分散液中30min，最后在70℃烘箱中烘干30min，制得具有自清洁性能涤纶织物。
46.一种上述制备方法得到的具有光催化自清洁性能的涤纶织物，其制备的涤纶织物中y2o3与tio2的摩尔比为0.75％：1。样品在可见光下照60min，对甲基橙光催化降解效率达83％。
47.实施例3
48.一种具有光催化自清洁性能的涤纶织物的制备方法，具体包括如下步骤：
49.步骤1：将10ml钛酸四丁酯分散于30ml蒸无水乙醇中，超声30min；
50.步骤2：量取10ml蒸馏水、15ml冰醋酸和10ml无水乙醇，得到溶液b；
51.步骤3：称取0.0452g y(no3)3·
6h2o，加入到溶液b中，超声30min至完全溶解得到
溶液c；
52.步骤4：将步骤3中得到的溶液c逐滴滴加到步骤一中所得的溶液a中，搅拌4h至溶胶状态，并在室温下陈化24h，之后放入60℃烘箱烘干12h，最后在500℃煅烧2h,自然冷却至室温，研磨30min，制得y2o3/tio2复合催化剂；
53.步骤5：取0.5g所得催化剂分散在95ml无水乙醇和5ml水的混合溶液中，并加入5ml 3
‑
氨丙基三甲氧基硅烷，超声30min，此时分散液ph值为5,之后将分散液离心15min，70℃真空干燥10h得到胺基化复合催化剂；
54.步骤6：将涤纶织物浸渍于含有1mg/ml氨基化y2o3/tio2的分散液中30min，最后在70℃烘箱中烘干30min，制得具有自清洁性能涤纶织物。
55.一种上述制备方法得到的具有光催化自清洁性能的涤纶织物，其制备的涤纶织物中y2o3与tio2的摩尔比为1％：1。样品在可见光下照60min，对甲基橙光催化降解效率达56.1％。
56.下面以实施例2中的得到的涤纶织物进行测试，y2o3与tio2的摩尔比为0.75％：1。
57.图1是涤纶织物和y2o3/tio2负载涤纶织物两种材料在不同放大倍数下的扫描电镜照片。从图1(a)和(c)中可以观察到涤纶织物表面平整光滑，而图(b)和(d)中的涤纶上均匀地附着着一些白色颗粒，且表面较为粗糙，这些白色颗粒为y2o3/tio2催化剂。说明制备的y2o3/tio2催化剂被成功负载到涤纶织物上，并较为均匀地覆盖在涤纶表层，这也使得涤纶织物在可见光下具有光催化性能。
58.图2为涤纶织物和含有y2o3/tio2负载涤纶织物在氙灯照射120min后对20mg/l甲基橙的降解曲线。首先在黑暗处理30min后，让催化剂与溶液达到吸附平衡，后对加入不同织物的甲基橙溶液用300w氙灯模拟太阳光进行120min照射，并每隔20min取上层清液进行吸光度测试，其中对照样为20mg/l的甲基橙溶液。由图2可以明显观察分析到，放入原涤纶织物的甲基橙溶液在氙灯照射下只发生轻微降解。而加入y2o3/tio2负载涤纶织物的甲基橙溶液有很大程度的降解。而在不加织物时，甲基橙溶液几乎不发生降解。在光照120min后，涤纶织物、y2o3/tio2负载涤纶织物和甲基橙的降解率分别为16.9％,83％和10％。
59.图3为y2o3/tio2负载涤纶织物对甲基橙溶液在光降解过程中的紫外可见光谱。从图3中可以看出，甲基橙在464nm处具有最大的吸收。在氙灯照射120min时吸光度最小。在图3左上角可以观察到甲基橙溶液的颜色从橙色变为无色，这表明甲基橙的发色团正在减少，并且在光降解过程中甲基橙的苯环也被破坏。在氙灯照射过程中没有出现新的峰，表明甲基橙被成功降解。
60.图4是y2o3/tio2负载涤纶织物在可见光下的自清洁性能，分别取0.1ml亚甲基蓝溶液和酱油滴在涤纶织物和y2o3/tio2负载涤纶织物上，在氙灯下照射18h，并每隔6h进行拍照。图4(a)(c)(e)(g)为滴有亚甲基蓝溶液的涤纶织物原样，可发现在18h氙灯照射后，亚甲基蓝染色的原涤纶织物的蓝色程度基本保持不变，这一结果表明，在可见光下，涤纶织物对亚甲基蓝没有光催化降解作用；图4(b)(d)(f)(h)为滴有亚甲基蓝溶液的y2o3/tio2负载涤纶织物，可发现在氙灯照射18h后，亚甲基蓝发生明显降解。图4(i)(k)(m)(o)为滴有酱油的涤纶织物原样，经18h光照后涤纶织物表面仍存在大块污渍；图4(j)(l)(n)(p)为滴有酱油的y2o3/tio2负载涤纶织物，从图中可以观察到在氙灯照射18h后酱油几乎已经完全分解。这说明经整理后得到的y2o3/tio2负载涤纶织物具有自清洁效果。
61.本发明中披露的说明和实践，对于本技术领域的普通技术人员来说，都是易于思考和理解的，且在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的修改或改进，也应视为本发明的保护范围。